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6.鐵及其化合物間的轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)原理：Fe的還原性、Fe3+的氧化性、Fe2+既有還原性又有氧化性;Fe、 Fe3+、Fe2+之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)(1)：探究Fe具有還原性，并實(shí)現(xiàn)“Fe→Fe2+ 與Fe→Fe3+”的轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)操作：在三只試管中，分別倒入約5ml的稀硫酸、5ml的硫酸銅溶液、5ml的稀硝酸，各加入少量的鐵粉，并振蕩試管，觀察試管內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：盛稀硫酸的試管中，有氣泡生成，溶液呈淺綠色，鐵粉不斷溶解。盛硫酸銅溶液的試管中，有紅色物質(zhì)生成，溶液藍(lán)色變淺，鐵粉不斷溶解。盛稀硝酸的試管中，有氣泡生成，溶液呈黃色，鐵粉不斷溶解。說(shuō)明Fe具有還原性，F(xiàn)e遇稀硫酸或硫酸銅反應(yīng)生成硫酸亞鐵，F(xiàn)e遇稀硝酸反應(yīng)生成硝酸鐵。有關(guān)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式：

Fe+2H+==Fe2++H2↑; Fe+Cu2+== Fe2++Cu;Fe+4H++NO3-==Fe3++NO↑+2H2O

轉(zhuǎn)化規(guī)律：Fe與弱氧化劑(如Cu2+、Ag+、S、I2、非氧化性酸等)反應(yīng)時(shí)生成+2價(jià)的鐵的化合物。Fe與強(qiáng)氧化劑(如Cl2、F2、Br2、稀HNO3、熱濃HNO3、熱濃H2SO4等)反應(yīng)時(shí)生成+3價(jià)的化合物。

實(shí)驗(yàn)(2)：探究Fe3+具有氧化性，并實(shí)現(xiàn)“Fe3+→Fe2+”的轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)操作：在三只試管中，分別盛有少量FeCl3溶液，然后分別加入少量鐵粉、銅片、KI溶液及CCl4，振蕩試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：加入鐵粉的試管中，溶液從黃色變?yōu)闇\綠色，鐵粉不斷溶解。加入銅片的試管中，溶液從黃色變?yōu)樗{(lán)綠色，銅片不斷溶解。加入KI溶液及CCl4的試管中，溶液分層，CCl4層呈紫紅色。說(shuō)明Fe3+具有氧化性，F(xiàn)e3+遇較強(qiáng)還原劑時(shí)，可轉(zhuǎn)化為Fe2+。有關(guān)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式：

2Fe3++Fe== 3Fe2+;2Fe3++Cu== 2Fe2++Cu2+;2Fe3++2I-==I2+2Fe2+

轉(zhuǎn)化規(guī)律：還原性比亞鐵離子強(qiáng)的還原劑都能實(shí)現(xiàn)“Fe3+→Fe2+”的轉(zhuǎn)化。如：Zn、Fe、Cu等金屬單質(zhì);S2-、H2S、SO2、H2SO3、亞硫酸鹽、I-、HI等還原劑。+3價(jià)鐵的固體化合物在高溫下與H2、CO、碳、鋁等還原劑起反應(yīng)時(shí)，被還原成單質(zhì)鐵。

實(shí)驗(yàn)(3)：探究Fe2+既有還原性又有氧化性，并實(shí)現(xiàn)“Fe2+→Fe3+與Fe2+→Fe”的轉(zhuǎn)化。

實(shí)驗(yàn)操作：向盛有FeSO4溶液的試管中，滴加KSCN溶液，溶液不顯紅色，再向試管中滴加幾滴新制的氯水(或雙氧水)，并振蕩試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

向盛有FeSO4溶液的試管中，加入鋅片，并振蕩試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：往FeSO4溶液中加氯水(或雙氧水)，溶液呈血紅色。說(shuō)明Fe2+具有還原性， Fe2+可被強(qiáng)氧化劑氧化成Fe3+。往FeSO4溶液中加鋅片，鋅片不斷溶解，溶液從淺綠色變?yōu)闊o(wú)色，有黑色固體生成。說(shuō)明Fe2+具有氧化性， Fe2+可被強(qiáng)還原劑還原成Fe。有關(guān)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的離子方程式：

2Fe2++Cl2==2Cl-+2Fe3+; Fe3++3SCN-==Fe(SCN)3;

2Fe2++H2O2+2H+==2H2O+2Fe3+; Fe2++Zn==Fe+Zn2+

轉(zhuǎn)化規(guī)律：氧化性比鐵離子強(qiáng)的氧化劑都能實(shí)現(xiàn)“Fe2+→Fe3+”的轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e2+在轉(zhuǎn)化中顯還原性。如：Cl2、Br2、O2等非金屬單質(zhì);稀HNO3、濃HNO3、濃H2SO4等氧化性酸;KMnO4、K2Cr2O7、H2O2、Na2O2等其他氧化劑。+2價(jià)鐵的化合物溶液與Mg、Al、Zn強(qiáng)還原劑或+2價(jià)鐵的固體化合物在高溫下與H2、CO、碳、鋁等起反應(yīng)時(shí)，被還原成單質(zhì)鐵，反應(yīng)中+2價(jià)鐵的化合物顯氧化性。

問(wèn)題：①用FeSO4溶液和NaOH溶液制取Fe(OH)2時(shí)，為什么滴管可以伸入到液面以下?為什么制備FeSO4溶液要用煮沸過(guò)的蒸餾水?為什么要用新煮沸過(guò)的NaOH溶液?(均是為了防止空氣中的O2將Fe2+氧化成Fe3+。)

②Fe2+既不能在堿性條件下穩(wěn)定存在，也不能在空氣中穩(wěn)定存在的，那么在酸性和中性?xún)煞N情況下，F(xiàn)eSO4溶液被氧氣O2氧化的離子方程式如何書(shū)寫(xiě)?

(酸性條件下：4Fe2++O2+4H+==4Fe3++2H2O;中性條件下：12Fe2++3O2+6H2O ==8Fe3++4Fe(OH)3↓)

③如何除去FeCl3溶液中的FeCl2?如何除去FeCl2溶液中的FeCl3?寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式。

④實(shí)驗(yàn)室中如何保存FeSO4溶液?如何鑒別FeCl2溶液與FeCl3溶液?

⑤在FeBr2溶液中分別通入足量Cl2、少量Cl2時(shí)，離子方程式如何書(shū)寫(xiě)?若向FeI2溶液中通入少量Cl2時(shí)，離子方程式又是如何書(shū)寫(xiě)?

⑥在FeCl3和CuCl2的混合液中，加入一定量的Fe粉，完全反應(yīng)后，溶液中一定有的金屬陽(yáng)離子是什么?如果反應(yīng)后有固體剩余，則溶液中一定沒(méi)有的離子是什么?一定有的金屬陽(yáng)離子是什么?如果反應(yīng)后剩余的固體只有Cu，則溶液一定沒(méi)有的離子是什么?一定有的金屬陽(yáng)離子是什么?可能有的金屬陽(yáng)離子是什么?如果反應(yīng)后剩余的固體為Fe和Cu，則溶液中一定沒(méi)有的離子是什么?一定有的金屬陽(yáng)離子是什么?

⑦在一定條件下，鐵分別與O2、H2O(氣)反應(yīng)時(shí)，生成物中鐵元素是什么價(jià)態(tài)?

⑧取少量的酸性KMnO4溶液、稀HNO3、Na2O2分裝三支試管中，分別滴加FeSO4溶液，并振蕩試管，觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分別是什么?寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式。

7.碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)

實(shí)驗(yàn)原理：碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的反應(yīng);碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液的弱堿性;碳酸氫鈉的不穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)(1)：碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)操作：各取少量碳酸鈉、碳酸氫鈉固體于兩試管中，分別滴入鹽酸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。各取飽和碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液5mL放入兩根試管中，分別向其中逐滴慢慢地加入0.05mol/L的稀鹽酸溶液，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：碳酸鈉、碳酸氫鈉固體加入鹽酸均產(chǎn)生無(wú)色氣體，碳酸氫鈉遇到鹽酸放出氣體比碳酸鈉劇烈得多。飽和碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液逐滴滴入鹽酸，碳酸氫鈉溶液就有氣體生成，飽和碳酸鈉溶液先無(wú)現(xiàn)象后生成氣體。說(shuō)明碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與鹽酸等酸反應(yīng)產(chǎn)生CO2氣體。碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)放出CO2比碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)放出快，是因?yàn)榧尤臌}酸后，HCO3-直接與H+結(jié)合生成不穩(wěn)定的H2CO3分解生成CO2。而碳酸鈉溶液中存在大量CO32-，加入鹽酸后，CO32-先與H+結(jié)合生成HCO3-，再與H+結(jié)合才能生成H2CO3，所以放出CO2速度慢。

Na2CO3+2HCl==2NaCl+CO2↑+H2O;NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O;

Na2CO3+HCl==NaHCO3+NaCl;NaHCO3+HCl==NaCl+CO2↑+H2O

實(shí)驗(yàn)(2)：碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別與澄清石灰水反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)操作：在兩支試管中分別加入2-3mL澄清石灰水，分別向其中加入少量的碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：兩支試管中均有白色沉淀生成。說(shuō)明碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與氫氧化鈣等堿反應(yīng)。

Na2CO3+Ca(OH)2==2NaOH+CaCO3↓;

NaHCO3+Ca(OH)2==NaOH+CaCO3↓+H2O

實(shí)驗(yàn)(3)：碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別測(cè)pH

實(shí)驗(yàn)操作：分別測(cè)量0.1mol/L的碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的pH，比較其大小。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液的pH均大于7，且碳酸鈉溶液的pH大于碳酸氫鈉溶液的pH。說(shuō)明碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液均可水解呈堿性，且碳酸鈉的水解程度大于碳酸氫鈉的水解程度。

CO32-+H2O

OH-+HCO3-; HCO3-+H2O

OH-+H2CO3

實(shí)驗(yàn)(4)：碳酸氫鈉不穩(wěn)定性質(zhì)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)操作：在一干燥的試管里放入碳酸氫鈉粉末，約占試管體積的1/6。試管口用帶有導(dǎo)管的單孔膠塞塞緊，并把試管用鐵夾固定在鐵架臺(tái)上，使管口略向下傾斜。導(dǎo)管的一端浸在盛有澄清石灰水的燒杯里。加熱試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：燒杯中澄清石灰水變渾濁，試管口有水珠產(chǎn)生。說(shuō)明碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱分解生成水和二氧化碳等。

2NaHCO3

Na2CO3+CO2↑+H2O

問(wèn)題：①如何鑒別Na2CO3和NaHCO3?有幾種方法?如果是Na2CO3溶液和NaHCO3溶液又如何鑒別?如果是Na2CO3溶液和稀鹽酸，不用試劑如何鑒別?

②泡沫滅火器中使用小蘇打而不使用蘇打，為什么?做面條時(shí)，為了防止面粉較長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存變酸，加入適量面堿選用蘇打而不選用小蘇打，為什么?洗滌餐具及實(shí)驗(yàn)室里的玻璃儀器時(shí)，選用蘇打而不選用小蘇打，為什么?治療胃酸過(guò)多時(shí)，選用小蘇打而不選用蘇打，為什么?

③向蘇打飽和溶液中通入足量的二氧化碳?xì)怏w會(huì)觀察到有晶體析出，為什么?

④如何實(shí)現(xiàn)Na2CO3和NaHCO3的相互轉(zhuǎn)化?

⑤如何除去碳酸鈉固體中少量的碳酸氫鈉?如何除去碳酸氫鈉溶液中少量的碳酸鈉?

⑥候氏制堿法的原理是將二氧化碳通入氨水的氯化鈉飽和溶液中，反應(yīng)生成小蘇打，過(guò)濾后將小蘇打加熱分解得到純堿，請(qǐng)用化學(xué)方程式表示其反應(yīng)原理。